UNIVERSIDADE PAULISTA- UNIP ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA- APS

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Devemos conceber uma máquina térmica onde o gás sofra expansões e compressões segundo o Ciclo de Carnot e onde T1 seja a fonte quente e T2 a fonte fria.

[pic 6][pic 7]

Partindo de A, o gás realiza uma expansão isotérmica AB, recebendo calor de Q1 ( fonte quente). A seguir, ocorre a expansão adiabática BC, durante a qual não há troca de calor. A compressão isotérmica CD se verifica à temperatura T2 da fonte fria, e nesta etapa o gás “rejeita” a quantidade Q2 que não foi transformada em trabalho. A compressão adiabática DA se completa sem a troca de calor.

É possível, para este experimento constatar que:

[pic 8]

Assim como o rendimento pode ser descrito como:

[pic 9]

Então para o Ciclo de Carnot temos que o rendimento é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes quentes e fria.

n = 1-(T2/T1), este é o rendimento máximo de uma máquina térmica, e como nunca podemos ter T1 = 0 e |T2| > |T1| constatamos que uma máquina térmica jamais terá rendimento de 1 ou seja transformar todo o calor fornecido em trabalho.

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Exemplo Prático

Motor à combustão

Os motores a combustão são geralmente relacionados à automóveis. Esse é um ótimo exemplo de motor térmico, visto que a criação dele foi de muita importância na história da humanidade e causou uma grande revolução na forma com que nos transportamos.

O motor a combustão converte energia térmica em um trabalho mecânico. Durante esse processo ocorrem um ciclo de quatro fases:

1º fase

Uma mistura de ar e combustível devidamente dosados por um carburador ou pela injeção eletrônica, preenche o cilindro a medida que o pistão libera espaço, mantendo o sistema a uma pressão constante. Esta mistura geralmente separa uma parte de combustível para cada 15 partes de ar, entretanto dosagens diferentes podem melhorar o desempenho do motor dependendo da necessidade. Nesta fase do processo ainda não há nenhum princípio termodinâmico envolvido.

2º fase

Em seguida o pistão sobe e comprime a mistura gasosa. Essa compressão pode ser considerada uma transformação adiabática, pois é muito rápida e não permite que o gás troque calor com o meio externo. Nesse ponto a temperatura e a pressão do gás estão muito elevadas.

Deve-se lembrar que o motor precisa estar em movimento para funcionar, ou seja, o pistão deve ser acionado e estar em movimento antes de ser adicionada a mistura gasosa e o motor iniciar seu funcionamento normal. Essa partida do pistão era feita com uma manivela nos primeiros veículos, e atualmente é feita por um motor elétrica auxiliar, alimentado pela bateria do carro.

3º fase

Na terceira fase do processo, uma faísca faz com que o gás entre em combustão. Quando as moléculas da gasolina entram em combustão há um rompimento de ligações químicas e esse processo origina novos gases (CO2 e H2O). A pressão gerada pelo aumento do volume pode ser relacionada pela lei dos gases ideais, e é essa pressão que empurra o pistão e mantém o movimento contínuo do sistema mecânico. Essa expansão do gás em combustão também é um processo adiabático devido a velocidade com que o pistão desce e retorna a pressão inicial do sistema.

4º fase

Nesta última etapa os gases queimados precisam ser expulsos do cilindro para recomeçar o processo. Devido a inércia, o pistão é impulsionado para cima e nesse momento a válvula de escape abre e os gases são empurrados para fora. Esse processo também é isobárico pois o pistão não comprime os gases, apenas os empurra para fora.

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Conclusão

As máquinas térmicas foram fundamentais para o avanço da humanidade. É impossível imaginar um mundo elas, visto que estão tão presentes em nosso dia-a-dia. Para um engenheiro, é de suma importância conhecer o funcionamento de um motor térmico, pois ele está presente em qualquer atividade industrial.

Por fim, o conhecimento na área de termodinâmica ainda está em pleno desenvolvimento. Nós, como futuros engenheiros temo a obrigação procurar otimizar os motores térmicos afim de construir motores cada vez mais eficientes e menos poluentes.

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